水库主坝除险加固施工设计及效果分析

2015-06-23王丹丹

黑龙江水利科技 2015年2期

关键词：主坝坝顶心墙

王丹丹

（辽宁省盘锦水文局，辽宁盘锦 124010）

水库主坝除险加固施工设计及效果分析

王丹丹

（辽宁省盘锦水文局，辽宁盘锦 124010）

作为水利工程中最重要的构筑物之一，主坝对保护水利工程安全和防洪起着重要的作用，尤其是在水量巨大的情况下，主坝的防洪作用更为突出。文章以工程实例，就主坝的施工设计进行探讨，并对其效果进行分析，以期对水库主坝除险加固施工有所帮助。

主坝；除险加固；施工设计；施工效果

1 工程概况

某水库除险加固工程中的主坝相关设计参数详见表1。

表1 主坝相关设计参数

2 主坝加固施工设计

2.1 坝顶高程设计

坝顶高程可由下面公式确定：

式中：y为坝顶超高，m；R为坝坡上最大破浪爬高，m；e为最大风壅水面高度，m；A为安全加高，m。

2.1.1 波浪爬高 R计算

计算公式为：

1）平均波高确定公式为：

式中：W为平均最大风速，取其1.5倍，m／s；Tm为平均波周期，s；g为重力加速度。

2）平均波长：

式中：Tm为平均波周期；H为水域平均水深。

3）波浪爬高：

式中：Rm为平均波浪爬高，m；m为斜坡坡率，取值为2.5；K△为斜坡渗透性系数；KW为经验系数。其中，计算结果详见表2。

2.1.2 风雍水面高度e计算

式中：e为风壅水面高度，m；D为风区长度，m；K为综合摩阻系数，取3.6×10-6；W为计算风速，m／s；β为计算风向与坝轴线法线的夹角，取值为13°。

具体结果见表3。

2.1.3 安全加高

在校核洪水位情况下，A为0.30 m。

在设计洪水位情况下，A为0.50m。

具体结果见表3。

此外，土坝其他情况的坝顶高程计算结果见表 4。

表2 计算结果表

表 3 计算成果表

表4 坝顶高程计算成果表

由表 4知，该水库计算坝顶高程为117.63 m＜117.71 m，因此，原坝顶高程符合设计要求，故可不需要防浪墙。

由于坝顶还要修筑道路，考虑到清基和碎石铺筑等情况，该坝顶高程最终确定为117.96 m［1］。

2.2 坝体及坝基渗流计算和渗透稳定性分析

2.2.1 浸润线计算

水库采用黏土心墙坝作为主坝，整个坝体位于不透水地基上，坝体建有贴坡排水设施，坝体下游无水。此外，坝体和坝基的渗透系数分别为6.0×10-3㎝／s和 1.3×10-5cm／s［2］。坝型及结构尺寸如图1所示。

图1 坝体浸润线示意图

式中：h为黏土心墙的下游水深度，m；K为坝壳土壤的渗透系数；K3为黏土心墙土壤的渗透系数。h1为浸润线在下游坡逸出点的高度，m；L为下游坝脚至坐标轴 Oy的距离，m；H为坝前水头，m；K为坝体土壤的渗透系数；K3为心墙土壤的渗透系数；t为水面距坝顶的高度，m。

计算结果见表5。

表5 主坝浸润线 m

2.2.2 渗透流量计算

坝体渗透流量可由如下公式确定：

式中：q为坝体单宽流量，m3／s。

结果分析：

1）当正常高水位为 114.45 m时，渗流量为0.12 m3／d·m。

2）当设计洪水位为 116.62 m时，渗流量为0.14 m3／d·m。

3）当校核洪水位为 110.30 m时，渗流量为0.16 m3／d·m。

由上可知，校核水位情况下，坝基及坝体渗漏流量为0.16 m3／d·m，该坝全年总渗透量为0.98万m3，占水库总水量的 0.11%。由于渗透量较小，不会对水库的正常运行造成影响，因此，对坝基及坝体可不采取防渗处理［3-4］。

2.2.3 渗透稳定性分析

由于浸润线在下游坝坡不存在逸出点，且坝脚处建有排水设施，因此，坝体具有良好的渗透稳定性［5］。

2.3 坝体稳定性分析

在进行稳定性分析时，采用了有效应力法。计算工况有2种：

1）正常运用。

2）非常运用［6］。

边坡稳定计算结果详见表6。

表6 边坡稳定计算结果表

2.4 主坝加固方案

结合水利工程相关设计标准和规范，首先进行坝顶清基工作。由于坝顶需要修筑道路，故应先进行碎石的铺筑，其铺筑厚度为0.35 m，考虑到冬季严寒的影响，心墙顶部应与坝顶相距一定的距离，由于本地区最大冻深为1.2 m，并结合工程实际，确定心墙顶部应与坝顶相距1.55 m。但心墙顶部应高于水库最大洪水位，此高度差确定为1.7 m［7］。

当坝顶清基工作结束后，可直接进行其他故障。在背水坡修筑排水沟，但要保证排水沟之间的间距为50 m。此外，为进一步增强护坡效果，可在背水坡上种植花草。

由于主坝迎水坡受损严重，应首先清理干净原有的护坡材料，并采用干砌石进行护坡，其厚度确定为0.3 m。